Dlaczego litowo-jonowe akumulatory rozruchowe nie są powszechnie stosowane?

Zatem, mówiąc o akumulatorach samochodowych, rozumiemy przez to akumulatory rozruchowe – kluczowe organy pomagające uruchomić i dostarczać energię do tradycyjnych samochodów z silnikiem spalinowym. Są one dodatkowe w stosunku do dużych akumulatorów trakcyjnych, które pojazdy elektryczne wykorzystują zarówno do zasięgu, jak i napędu. Mimo że technologia Li-Ion jest coraz częściej stosowana w szerokim zakresie zastosowań, nadal jest raczej nietypowa w przypadku akumulatorów rozruchowych. Artykuł ten analizuje szerszy kontekst tego zjawiska, badając aspekty technologiczne, ekonomiczne oraz logistyczne, które powodują, że akumulatory litowo-jonowe nie są powszechnie stosowane w tej dziedzinie.

Do czego służą akumulatory rozruchowe?

Akumulatory rozruchowe, które można znaleźć w pojazdach samochodowych, są zaprojektowane tak, aby wytworzyć krótki impuls mocy – wystarczający jedynie do uruchomienia silnika i rozpoczęcia procesu spalania. Muszą one ponadto działać optymalnie niezależnie od warunków: mroźnych zim czy upalnych lat, oraz współpracować z elektroniką pokładową pojazdu. Rozruch silnika, w przeciwieństwie do akumulatorów EV zoptymalizowanych pod kątem gęstości energii (długie zasięgi), stawia zupełnie inne wymagania: gęstość mocy oraz trwałość przy cyklach wysokiej mocy. Ten aspekt ma istotne znaczenie, ponieważ wyznacza wysoki próg porównawczy, względem którego ocenia się każdą nową technologię baterii dążącą do przejęcia tej funkcji. Technologia litowo-jonowa jest ogólnie dojrzała, jednak natychmiast napotyka szereg problemów, gdy jest stosowana w tych zastosowaniach, o których wspomnimy w poniższych sekcjach.

Ograniczenia technologiczne i eksploatacyjne

Stosuje się baterię litowo-jonową, a nie tradycyjny akumulator kwasowo-ołowiowy, ponieważ ma ona wyższą gęstość energii i jest lżejsza. Jednak w wielu zastosowaniach te zalety mają niewielkie znaczenie. Innym pytaniem jest ich działanie w warunkach wysokich i niskich temperatur. W zimnym klimacie ogniwa litowo-jonowe mogą sprawiać trudności, ponieważ zapewniają jedynie określoną ilość amperów rozruchowych, co może być niewystarczające do uruchomienia pojazdu. Natomiast akumulatory kwasowo-ołowiowe są również wydajne w takich warunkach i zawsze mogą dostarczyć mocy, nawet gdy zrobi się zimno. Co więcej, wspomniana powyżej bateria litowo-jonowa wymaga skomplikowanego monitorowania napięcia zapobiegającego przeladowaniu oraz/lub urządzeń uniemożliwiających nadmierne rozładowanie podczas ładowania w pojeździe, w którym nie jest ona stosowana powszechnie, na przykład dlatego, że dany pojazd wymaga znacznie prostszych detektorów dla akumulatorów ołowiowych. Baterie litowo-jonowe należy również dokładnie obserwować i zarządzać nimi, w przeciwnym razie mogą ulec uszkodzeniu lub zniszczeniu, co dodatkowo zwiększa złożoność i koszty.

Zagadnienia ekonomiczne i bezpieczeństwa

Cena to kolejny problem z akumulatorami litowo-jonowymi stosowanymi jako rozruchowe. Są one znacznie droższe w produkcji niż akumulatory kwasowo-ołowiowe, które dzięki dziesięcioleciom doskonalenia i efektom skali są tanie. Niemniej nawet przy tej cenie akumulatory kwasowo-ołowiowe dopiero spełniają minimalne wymagania większości użytkowników końcowych i producentów. Bezpieczeństwo to kolejny kluczowy czynnik. Akumulator litowo-jonowy może być niebezpieczny lub niesprawny, jeśli zostanie przebito go, podgrzano lub dojdzie do zwarcia. To również jeden z powodów, dla których – mimo że nie są całkowicie bezpieczne – akumulatory kwasowo-ołowiowe są bezpieczniejsze/bardziej stabilne w warunkach ekstremalnych (samochodowych). Z tych powodów akumulatory litowo-jonowe słabo nadają się do masowego stosowania jako baterie rozruchowe pod względem ekonomicznym i bezpieczeństwa.

Powszechność akumulatorów kwasowo-ołowiowych

Istnieje powód, dla którego akumulator kwasowo-ołowiowy istnieje od ponad 100 lat jako główny element rozruchowy w pojazdach samochodowych. Są one bardzo niezawodne i mogą dostarczać dużego prądu niezbędnego do uruchomienia silnika bez znaczącego pogorszenia się parametrów podczas rozładowania. Co więcej, technologia ta jest dojrzała; istnieją już procesy produkcji i recyklingu, które zwracają większość materiałów z powrotem do obiegu, co według opublikowanych badań czyni ją zrównoważoną. Do tego dochodzi fakt, że akumulatory kwasowo-ołowiowe pasują do istniejących architektur pojazdów i okazują się rozwiązaniem, które nie wymaga dużych zmian systemowych, na przykład w stacjach ładowania czy infrastrukturze elektrycznej. Oczywistym wyborem są także dzięki łatwości integracji z innymi technologiami i zakładami oraz niskim kosztom. Podsumowując, przemysł motoryzacyjny ma niewiele do zyskania, przechodząc na ogniwa litowo-jonowe do celów rozruchowych, szczególnie gdy sprawdzona technologia ołowiowa zapewnia użytkownikom spokój ducha.

Perspektywy przyszłości i trendy branżowe

W przyszłości wszystko to może wyglądać inaczej w przypadku akumulatorów rozruchowych, jednak oczekuje się, że te zmiany będą niewielkie. Te ograniczenia stają się jednak coraz bardziej kontrolowane dzięki postępom w chemii litowo-jonowej, w tym ulepszeniom różnych odmian pochodnych fosforanu litowo-żelazowego, które czynią je bezpieczniejszymi i/lub tańszymi. Technologia musiałaby się jednak rozwinąć, a praktyki branżowe i konsumenci musieliby się do niej dostosować, mówią analitycy branży. W miarę jak pojazdy będą wprowadzać coraz więcej funkcji elektronicznych i przechodzić na napędy hybrydowe, popyt na akumulatory rozruchowe może się zmienić, potencjalnie otwierając drzwi dla technologii litowo-jonowej. Jednak w krótkim terminie akumulatory kwasowo-ołowiowe pozostaną dominującą technologią, ponieważ dysponują ugruntowaną infrastrukturą i oferują korzyści ekonomiczne. Przejście na nowe technologie będzie mieszanką tworzenia i konieczności funkcjonalnej.

Podsumowując, akumulatory litowo-jonowe w pojazdach nie są powszechne w systemach stop-start ze względu na ograniczenia wydajności i implikacje kosztowe, kwestie bezpieczeństwa oraz bardzo silną pozycję utrwalonej technologii kwasowo-ołowiowej. Technologia litowo-jonowa jest obiecująca dla innych zastosowań, ale dotychczas miała niewielkie zastosowanie w tradycyjnym uruchamianiu samochodów. Te czynniki wyjaśniają, dlaczego innowacje są nadal rozwijane w innych sektorach, podczas gdy w branży motoryzacyjnej preferowane są sprawdzone rozwiązania.